iPhone 4的三轴陀螺仪也是MEMS的，跟航模的相比如何

Radium

01 Jul

iPhone 4 陀螺仪拆解
Oliver.C on 2010-7-1, 16:39 Comments (5)  
俗话说：「不要嘲弄你的对手，否则它会竭尽全力」……好吧，我承认这句俗话是我编的，但用在这里不为过。为何？
话说 UBM 数日前暗讽 iFixit 不够专业，并且贴出了自家的内核拆解照片。iFixit 这个曾豪言要「彻底改变修理」的老牌怎能坐视不理，当然，又得靠搬出 Chipworks 啦。Chipworks 的照片历来不坏，但就是拆解过程和知识普及的东西少了些，无论如何，聊胜于无吧。对了，原文照片恕不一一登出，请移步参看。
第一步

在我们深入细节之前，先来了解陀螺仪是做什么的吧。根据维基百科的定义：「陀螺仪是用于测量或维持方向的设备，基于角动量守恒原理。」这句话的要点是测量或维持方向，这是 iPhone 4 为何搭载此类设备的原因。机械陀螺仪 — 例如左侧这只 — 中间有一转盘，用以侦测方向的改变。iPhone 4 采用了微型的，电子化的振动陀螺仪，也叫微机电陀螺仪。
第二步

微机电系统（MEMS）是一种嵌入式系统，在极小的空间内集成了电子和机械构件。一个基本的 MEMS 设备由专用集成电路（ASIC）和微机械硅传感器组成。在 iPhone 4 中发现的 AGD1 2022 FP6AQ 芯片据传是由 ST 微电子设计的 MEMS 陀螺仪。
第三步

Chipworks 公司已确认，该陀螺仪几乎同目前市售的 ST 微电子 L3G4200D 一模一样。左侧是在 L3G4200D 中发现的 GK10A MEMS 内核照。GK10A 由一个被称作「待验质量」的金属片组成，当驱动信号加载于驱动电容片时，导致其产生振动（振荡）。当用户旋转手机，在科里奥利力（Coriolis force）的作用下，在 X，Y 及 Z 轴产生偏移。专用集成电路处理器感知到待验质量通过其下电容器板和位于边缘的指电容的偏移。
第四步

上图中的 V654A 芯片将来自 GK10A 中微小的电容信号转换成 iPhone 4 可以接收的数字信号。该数据可用于，例如，视频游戏中的方向盘转动，或枪眼瞄准。给机械工程师的参考：MEMS 陀螺仪的灵敏度通常以 mV/dps（或度每秒）衡量，因此振荡器的输出量（mV）除以敏感度（mV/dps）得到了角速率，以度每秒衡量。
第五步

上图并不是 iPhone 4 的元件，但放在这里是为了解释 MEMS 陀螺仪不可思议的结构。照片所显示的是 ST LYPR540AH 三轴陀螺仪，通过扫描电子显微镜（SEM）拍摄。MEMS 器件需要极其复杂和敏感的制造工艺，才能生产出准确可靠的传感器。大多数 MEMS 器件需通过膜的沉积，在蚀刻后保持无遮罩区域的形状，最后蚀去多于的膜，完成最终产品。
第六步

有些 MEMS 陀螺仪的振荡器设计令人赞叹，例如上图的 Kionix 陀螺仪。这是一种肉眼看不见的美，深藏在黑色的封装里。图像中的比例尺显示了其极小的规格。第二幅图片（可访问 iFixit 网站查看）中振荡器的厚度大约为头发平均直径的四分之一，或三个红细胞并列的长度。
第七步

这里展示的是 SiTime 公司的 SI8002AC，外防护罩已移除。专用集成电路 — 用于转换振荡器的原始信号 — 堆叠在振荡器上方，二者用线接和，以利信号传输。整个单元密实的封装在塑料外壳中。第二幅是博世 BMA 220 层叠核心的 X 光结构照片。电线将二者连接在一起，并将信号引至球形栅格阵列（编者：BGA）。堆叠式芯片使得制造商在同一封装内加入更多的功能。这对 iPhone 4 等移动设备来说尤其重要，因为电路板空间有限。
第八步

这两张照片是扫描电子显微镜所摄 SiTime SI8002 AC 内的振荡器。MEMS 器件的设计、制造与实施需要大量的工程学参与。MEMS 器件真正弥合了电子与机械工程之间的缺口。而设计这样的设备需要工业、材料、机械、电子、和软件工程的通力合作。大力感谢 Chipworks 提供的图片！

[ 本帖最后由 Radium 于 2010-11-14 10:35 编辑 ]

frankham

科学贴 顶！

茶壶里的龙井

讲的很专业了 :em15:  谢谢楼主分享

飞行无极限

航模是角速度传感器，ipad是加速度传感器。不一样。

平民FPV

妈呀这东西太小。。。

ydx0506

显微世界!!!

天空125

唔，非常的专业。

AGTDP_K

昨天在工博会上也用类似LZ的电子显微镜看自己手上的皮肤，我靠，那真一个字————恶心

老羊

非常美！

飞行老张

这个事LZ原创文章？那牛B的

Radium

原帖由 老羊 于 2010-11-14 09:22 发表
非常美！

我就知道老羊会来，哈哈

Radium

原帖由 飞行老张 于 2010-11-14 09:54 发表
这个事LZ原创文章？那牛B的

这是老外搞的

ejet

iphone上面那个应该是重力传感器！不是角速度传感器。

luopeixuan

过于专业，不懂，潜水去！！！！

green

谢谢楼主分享

shadowsnow

看了十几分钟终于看完了:em17:

MAGIC-JW

看这些结构　充满美感啊

acer_fox

支持LZ，收集这些资料也不容易

taifengdada

太专业，就冒个泡。

虱子

了解过，但是只知道这个东西很牛，啥时候有个这种传感器的陀螺我要当白鼠。FUTABA可以歇菜了